无接触式自行车速度计的设计与制作

　　作为传统的出行方式,自行车在现代社会中又焕发出了新的活力。首先在骑行中不产生污染,另外从保护环境和经济等因素看,自行车在我国仍然是最佳出行方式之一。随着人们物质生活水平的提高,自行车日益成为人们的一种健身休闲方式,其舒适性及多功能性成为追逐的目标。自行车测速计即为自行车爱好者的追逐目标之一。

　　1 测速原理

　　自行车速度的测定使用最多的方法是利用车轮的旋转。车轮的转动与其前进的距离相对应,车轮转动越快,车速也就越快,利用这个简单的原理来测定自行车的前进速度,此原理可使得设计达到较高的性价比。利用此原理传统的测速方法是采用与车轮接触的橡胶滚子以及柔性旋转轴,它是一种机械式接触,由于摩擦会造成损耗,或多或少的造成人体力的消耗,自行车的能源来自人的体力,所以应该尽量减少这种能量消耗;另外,其测量误差也较大。因此本文采用一种不与车轮接触的条件下测定其转动的方法。

　　利用辐条的旋转来测定速度,使用红外发光二极管和光传感器构成的光电计数器来检测其旋转。假设辐条间的距离是 5cm,当每隔 0.18s 就有辐条在光电传感器前通过时,那么前进速度就是 1 k m / h 。具体说明如下:自行车的车轮有许多辐条,车架上安装上用红外二极管和光传感器构成的光电传感器,每当辐条通过传感器时会产生脉冲,把脉冲换算成距离来表示速度就构成了速度计。当速度为 1km/h 时,每前进 5cm 所需要的时间为:

　　每 0.18s 产生一个脉冲的速度就是 1km/h,通过对 0.18s 间辐条通过光电传感器的次数的计数来测定速度。

　　2 测速框图

　　根据以上测速原理,速度计的框图如图1:

　　3 各部分功能及其实现

　　(1)计数脉冲发生部分如图2:

　　(2)基准脉冲发生部分:使用 RC 振荡器来产生基准脉冲,考虑到价廉的因素来选用它,如果对准确性和稳定性的要求高,可以采用较复杂的石英振荡器和计数器分频电路的组合电路如图3。

　　(3)计数器:接收光电传感器的计数脉冲;

　　(4)锁存器:为了避免显示器的显示变化过快,人眼无法适应而设计的,将一个计数周期结束时刻的数据进行显示;

　　(5)译码器:将二进制计数数据转为十进制数据;

　　(6)显示器:自行车的速度,慢行的话大约是 10km/h,快行的话 30km/h 左右,因此采用两位数码管显示即可如图 4。

　　3 制作中的注意事项

　　在制作速度计的过程中,需要注意的是,发光二极管和光传感器要位于同一基板上,并且基线要对准, 以免接受不到脉冲。基准 RC 振荡器制作时,要首先计算准确其基准频率。设车轮一周转动的距离为 S,辐条根数为 y,辐条间的距离为 x=S/y,RC 振荡器的基准频率为: